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研究成果
国际A/AS级物理教程与人教版物理必修教材关于测量基础常识比较
发布时间:2014-11-02 00:00:00  发布人:居津

国际A/AS级物理教程与人教版物理必修教材关于测量基础常识比较

 

居津

江苏省苏州实验中学2

2012.10《湖南中学物理》

要:本文选取国际A/AS级物理教程与国内人教版物理必修两套教材关于测量基础常识,从教学目的与要求,编排结构,常识范围及内容三个方面进行比较。以期对我国物理教材测量部分的编写有所启示。

 

关键词:国际A/AS级物理教程,人教版物理必修教材,测量基础常识,比较

 

1、测量基础常识的教学意义

物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用和转化规律的学科。在人类追求真理、探求未知世界的过程中,物理学展现了一些列科学的世界观和方法论,深刻影响着人类对物质世界的基本认识、人类的思维方式和社会生活,是人类文明的基石。物理学发展的历史证明了,正确的科学思想及由此产生的科学方法是科学研究的灵魂。伽利略是最早运用今天所称的科学方法的人。这种方法就是经验(以实验和观察的形式)与思维(以创造性构筑的理论和假说的形成)之间的动态的相互作用。伽利略最先为自然科学创立了两个研究法则,即观察实验和量化方法,将实验和数学相结合、真实实验和理想实验相结合的科学方法。从而创造了和以往科学研究方法不同的近代科学研究方法,使近代物理学从此走上了以实验精确观测为基础的道路。伽利略通过亲身的科学实验,认识到寻求自然法则是科学研究的目的,自然法则是自然现象千变万化的秘密所在,而一旦发现自然法则便可以认识自然。这个观念一经确立,人们才逐渐认识到,不仅天文学、运动学现象,一切自然现象都是有其自身规律的,于是在力学的带领下,逐渐发展出近代科学的各个分支。伽利略开创的实验物理学,包括实验的设计思想,实验方法开创了自然科学发展的新局面。在实验物理学数百年的发展进程中,涌现了众多卓越的在物理学发展史上起过重要里程碑作用的实验。它们以其巧妙的物理构思、独到的处理和解决问题的方法、精心设计的仪器完善的实验安排、高超的测量技术、对实验数据的精心处理和无懈可击的分析判断等,为大家展示了极其丰富和精彩的物理思想,开创出解决问题的途径和方法。这些思想和方法已经超越了各个具体实验而具有普遍的引导意义。学习和掌握物理实验的设计思想、测量和分析的方法,对物理实验课及其他学科的学习和研究都大有裨益。

在中学阶段,就培养学生的科学素养而言,物理课相对于其他学科,无论在时间的拓展、空间的转移、内容的选择和情景的创设上,都有着独特的、无可比拟的绝对优势。而就物理科目本身而言,以物理实验课为突破点,培养学生科学素质、提升科学素养,教学效果最为理想。实验最能抓住学生的注意力。在学生进行实验探究过程中,可以让学生亲身经历物理学规律的发现之旅,对于物理规律的学习过程和实际问题的研究和分析都有很大帮助。这对学生科学素养的提高益处很大,同时,亲身经历的是难以忘怀的,教学效果也有了保障。同时,由于是自己亲手完成的实验,对于应对考试中的实验题型也能根据自己动手做的经验和方法来解决,更具有实践意义。

由此可见,物理实验显得非常重要。讲到实验就离不开测量,中学物理实验也不例外。测量是物理实验中最基础的常识,也是整个实验过程中最重要的环节。只有准确的测量才能有不偏离事实的实验结论。那么在教材方面,我国人教版物理必修教材1(以下简称人教版)与国际A/AS级物理教程2(以下简称国际版)关于测量基础常识编写有何不同呢?下面对两者进行比较分析。

 

2、测量基础常识的教学目的与要求的比较

对于人教版教材,在普通高中物理课程标准3(以下简称《标准》)中将要求分为提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作七个方面。

其中每个部分又有些具体要求。如猜想与假设中要求能对物理实验结果进行预测;制定计划与设计实验部分要求:1、知道实验目的和已有条件,制定实验方案,2、尝试选择实验方法及所需要的装置与器材,3、考虑实验的变量及其控制方法等;进行实验与收集证据部分要求:1、用多种方式收集数据2、按说明书记性实验操作,会使用基本的实验仪器3、如实记录实验数据,知道重复手机实验数据的意义等;在分析与论证部分要求:1、对实验数据进行分析处理2、尝试根据实验现象和数据得出结论3、对实验结果进行说明和描述等。3

从人教版课程标准的要求中不难发现人教版教材注重的是从猜想假设到实验验证并根据实验得出结论的过程,而对于通过误差分析来改进实验或者重新选择实验仪器来设计实验并无较高要求。从高考实验题也不难发现,人教版教材侧重考查学生对某一实验的数据处理能力,如用图像法来处理,学生知道用图像法可以减少实验误差,而具体误差能减少到什么程度在高中教学中却没有要求。

A-level 教育体系中物理的实验部分对学生有以下要求:1、遵循说明书的序列(操作);2、运用技术、设备和实验材料;3、进行并记录观察、测量的结果并评估;4、对观察、实验的结果进行说明并评估;5、设计调查研究,选择合适的技术、设备及实验材料;6、评价实验方法,并提出可能改进的建议。从以上要求可以发现,A-level物理课程实验部分充分体现了对学生学习能力的培养和激发学生的探索求知欲。实验重视的是实验技能的培训,关注的是在实验的处理,测量和观察基础上,能够正确的记录观察结果和数据,从而作出分析,结论和评价。在数据的处理和记录上,A- level physics有较国内高中详尽的要求。学生们要在开始记录数据前就自主的设计好数据记录表格,表格的题头要有测量结果和计算结果栏,记录下的数字要有正确的有效数字位数;而后要根据记录下来的数据在坐标纸上画出图像,并说明图像中横纵坐标及某些点的意义。这些实验技能的训练为学生在大学里的进一步深造奠定了良好的基础,同时也变枯燥的理论为富于变化的动手实验,让学生从中体会到乐趣。

 

3、测量基础常识部分的编排结构的比较

教材是由专家和教师依据课程标准编写的,教材的编排既体现编者对课程标准的理解,又体现编者自己的教学思想。下面就从教材的编排结构角度进行比较。具体比较见表一:

 

表一:两种教材的编排结构比较

人教版

1、测量基础常识编排在必修一教材结尾,第91页至第97页,分三节。第一节实验的重要性91页至93页,第二节怎样做好物理实验  93页至95页,第三节误差和有效数字  9697页;

2、必修一含学生实验3个,必修二含学生实验3个,分别编排在相应常识点后;

3、测量基础常识部分未编排相应的教学目标和例题练习,六个具体的学生实验有编排所涉及到的实验仪器先容和使用方法,相应的实验操作练习和数据处理方法。

国际版

1、    测量基础常识编排在教材第二章,(第一章为物理量及单位的总体先容)第18页至第52页,分两节。第一节测量方法  18页至40页,第二节 误差理论和不确定度 41页至52页。每节都配有相关例题和练习;

2、  在每节内容前编排有学生需达到的学习目标,每节内容后排有简单的本节小结;

3、  具体的学生实验在本教材中未有体现;

 

由表一可知,区别教材编排共性和区别行比较。以期对我国物理教材测量部分的编写能两种教材都将测量基础常识专门设置一章,与其他章节分开独立,表明误差理论在实验教学中具有十分重要的作用。但有以下区别:

1)从位置看,人教版将测量基础常识编排在教材最后,将一些简单仪器先容和使用放在相关常识点之后,在需要使用时才予以呈现,相对分布较散;而国际版将基础常识编排在具体物理常识教学之前,并将力学,电学,热学三方面所涉及到的基本仪器都一并呈现,内容相对集中。

2)从篇幅看,人教版用2页篇幅简单先容了误差理论;国际版误差理论常识用12页篇幅来先容,较为系统,有一定的整体性。

3)从结构看,人教版无论在学生实验还是基础常识先容部分都未安排相关例题和练习,实验部分的练习也是具体的操作练习;而国际版在每节内容甚至每个基本仪器先容结束后都安排了相关例题和练习,以便学生更好的掌握使用该仪器的方法,在误差理论中也安排有实验情景,让学生从多角度分析实验误差,并且在每节前编排有具体明确的教学要求,每节内容结束后编排有本节小结。

 

4、测量基础常识的常识范围及内容的比较

编排结构的比较体现了两种教材的差异,具体常识范围及内容的比较可以从微观上体会两种教材的不同风格。具体内容的比较如表二。

 

表二 两种教材常识范围及内容的比较

人教版

第一节 实验的重要性

从实验推动了物理学的发展,中学生为什么做实验两个方面进行阐述。从情感态度价值观方面对学生进行教育引导。

第二节 怎样做好物理实验

从不仅动手而且动脑,实事就是敬重事实,谨慎操作细心分析三方面进行阐述。从具体实验操作角度对学生提出要求。

第三节 误差和有效数字

分偶然误差和系统误差,绝对误差和相对误差,有效数字三方面进行阐述。学生大概知道误差种类及其概念。


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